沟槽-超疏水复合壁面湍流边界层高效减阻机理的TRPIV实验研究

摘要

在重力溢流式低湍流度循环水洞中,采用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV),对沟槽-超疏水复合壁面的湍流边界层减阻机理进行了实验研究.这种减阻壁面综合了沟槽减阻和超疏水减阻两种被动减阻技术的优势.以300Hz的拍摄频率,测量了光滑壁面(P),超疏水壁面(SH),沟槽壁面(R)和沟槽-超疏水壁面(RS)四种壁面的平板湍流边界层瞬时速度场的时间序列样本,实验基于动量厚度和自由来流速度的雷诺数Reθ=1451,对比分析了四种壁面的平板湍流边界层平均速度剖面和雷诺应力剖面.通过对平均速度剖面的对数律区进行拟合,获得了壁面摩擦速度、壁面摩擦切应力、壁面摩擦系数及其对应的减阻率.利用湍流边界层瞬时速度场的空间条件采样和相位平均方法,获得相干结构的空间特征形态,并通过分析对比不同壁面上壁湍流相干结构特征,以湍流相干结构被动控制为切入点分析了沟槽-超疏水复合减阻壁面的减阻机理.